Ортофосфат кальция 3 х замещенный. Е341 – Фосфаты кальция

Фосфат кальция — что это такое и для чего он нужен?

Фосфат кальция (calcium orthophosphate) – это неорганическое соединение, соль ортофосфорной кислоты. Вещество широко распространено в природе, входит в состав полезных ископаемых (апатитов, фосфоритов), а также костей животных и человека, где занимает до 70% их объема.

Внешне это белый порошок, мелкие кристаллы, с серым или желтым отливом. Кристаллы обладают низкой растворимостью в воде, но при снижении рН (в кислой среде) процесс смешивания происходит лучше.

Кальциевая соль разрешена как пищевая добавка Е341. Для этих целей используют только высокоочищенное соединение с содержанием основного компонента порядка 98,5%. Его химическая формула Ca3(PO4)2, код ТН ВЭД, 2835260000. Массовая доля кальция составляет 30-35%, фосфора 12-18% при его получении из апатита.

Также вещество образуется химическим способом за счет взаимодействия ортофосфорной кислоты с оксидом кальция, известковым молоком (известью). Доступен и метод гидролиза гидроортофосфата.

Упаковка, транспортировка, хранение

Для сохранности реактива применяют мешки из полиэтилена или специальной многослойной бумаги, их вес может быть различным, чаще это 40-50 кг. Транспортировка допустима автомобилями, железной дорогой и даже водными видами. Соединение не является взрыво или пожароопасным.

Для хранения фосфата кальция должны быть оборудованы склады, в которых не допускается контакт вещества с пестицидами, удобрениями, другими химикатами. Не теряет свои свойства в течение года.

Свойства и область применения Е341

Фосфорнокислые соли используются во многих отраслях. Кроме пищевого назначения их добавляют в таблетки и капсулы как наполнитель, в зубных порошках и пастах они выступают абразивным компонентом. Ca3(PO4)2 используется при производстве керамики, стекла. Чистящие свойства порошка нашли применение для полировки металлических поверхностей. Еще из него изготавливают протезы и элементы костей.

В пищевой промышленности

При производстве продуктов питания фосфорная соль очень востребована, поскольку выполняет такие функции:

• регулирует кислотность (рН);
• улучшает показатели муки, способствует получению более пышного хлеба;
• стабилизирует консистенцию;
• работает как отвердитель, разрыхлитель;
• препятствует слеживанию, комкованию порошков (муки, сахарной пудры), сохраняет их сыпучесть;
• выступает как носитель ароматизаторов, особенно для мясных изделий;
• в смеси с другими веществами используется как соли плавители для изготовления плавленых сыров;
• очищает сахарный сироп при изготовлении рафинада;
• удерживает влагу в мясных и рыбных изделиях.

Кроме Ca3(PO4)2 в пищевой промышленности применяют фосфорные соли натрия, калия, аммония, магния. Они имеют индексы Е339, Е340, Е342, Е343 соответственно.

Не стоит рассматривать пищевую добавку как поставщика минералов для организма: его концентрация не большая, к тому же макроэлемент намного лучше усваивается из натуральных источников. Подробнее о том, в каких продуктах больше всего кальция, читайте по ссылке.

Допустимые нормы по содержанию Е341 сильно отличаются для разных категорий. Больше всего его можно добавлять в ароматизаторы, сахарную пудру, сухие смеси для выпечки. Также широко применяют ингредиент при изготовлении стерилизованного и сухого молока, питания для детей, подмешивают его в сливки и плавленые сыры, мясные и рыбные полуфабрикаты, колбасы, крабовые палочки, соусы, маргарины.

Еще в сферу применения соли попадают БАДы, спортивное питание, очищенный протеин и другие оздоровительные продукты. Все пищевые добавки, включая консерванты, красители, улучшители консистенции должны быть указаны в составе.

В сельском хозяйстве

В этой отрасли calcium orthophosphate применяют в двух направлениях:

1. Как добавка к рациону для сельскохозяйственных животных. Кормовой кальций фосфат изготавливают по ГОСТ 23999-80. Вещество хорошо тем, что выступает одновременно источником двух важных минералов, отличается низкой себестоимость и доступностью. Его использование повышает продуктивность птиц и скота. Нормы введения в рацион: козам в сутки на одно животное по 2 г, коровам по 80-100 г, овцам по 2-3 г. Трикальцийфосфат для кур имеет особое значение, ведь при недостатке макроэлементов сильно снижается яйценоскость. Соединение добавляют в корм в количестве до 2%, одновременно включая мел или ракушку до 1,5%. На одну птицу в сутки не более 5 г.
2. Как удобрение. Фосфор вместе с азотом – два наиболее важных биогенных элемента, которые активизируют рост растений. Поэтому кроме нитратов в почву вносят еще и фосфаты. Они подходят для любых садовых культур, овощей, ягод, цветов и декоративных растений.

Широкое применение Е341 имеет негативные последствия для природы, в первую очередь из-за использования его в сельском хозяйстве и применения фосфатов натрия и калия (более растворимых) для умягчения воды.

Ранее соли фосфорной кислоты широко использовались в составе стиральных порошков. Удобрения вымываются с полей и попадают в водоемы, туда же сбрасываются не до конца очищенные бытовые стоки. Это приводит к повышению содержания минерала в реках, отчего они активно зарастают водорослями и превращаются в болото. Этот процесс называется эвтрофикация.

Получение фосфора из фосфата кальция

Еще одна польза соли состоит в том, что из нее получают фосфор. Уравнение реакции выглядит так:

2Ca3(PO4)2 + 6SiO2 + 10C = 6CaSiO3 + P4 + 10CO

Как восстановитель добавляют чистый углерод (кокс) и обязательно применяют песок, чтобы он связывал кальций. Таким методом добывают белый фосфор, светящийся в темноте и являющийся смертельным ядом для человека. Технология была разработана еще в 17 веке.

Есть или не Есть?

Детям, пожилым людям и аллергикам лучше оградить себя от добавок, которые вызывают сомнения. А поскольку сделать это полностью сложно (ведь даже в хлебобулочных изделиях значатся «ешки») стоит проверить реакцию организма на «Е». Съешьте для начала чуть-чуть продукта! Ведь у здорового взрослого человека добавка может усвоиться незаметно для самочувствия, а для астматика, например, стать опасной.

Это важно

Здоровым людям при виде индекса «Е» паниковать не надо. Не меньшую озабоченность вызывает излишнее увлечение солью, сахаром и употребление трансжиров.

Разновидности и их названия

Фосфат кальция имеет три разновидности, у которых разные химические формулы и обозначения:

Химическая формула	Химическое название	Технические названия	Обозначение в качестве пищевой добавки	Где применяется чаще всего
Са(H2PO4)2	Дигидро-фосфат	Однозамещенный фосфат	Е341 i	Как удобрение. В составе биологически-активных добавок (БАД)
CaHPO4	гидрофосфат	Двухзамещенный, дикальцийфосфат	Е341 ii	В медицине – зубные пасты, БАД. Как удобрение в сельском хозяйстве
Ca3(PO4)2	фосфат	Трехзамещенный, трикальцийфосфат	Е341 iii	В животноводстве как подкормка

Все эти три вещества применяются в качестве пищевых добавок. Все они выглядят примерно одинаково, представляют собой белые порошки, нерастворимые в воде. В кислой среде они, наоборот, хорошо растворяются, благодаря чему могут усваиваться человеком. Ведь в желудке содержится соляная кислота, которая создает высокую кислотность.

Фосфаты и риск остеохондроза

Люмбальные пункции у солдат срочной службы Российской Армии, взятые по неврологическим показаниям, в качестве побочных результатов показали, что уже в таком возрасте (18 — 20 лет) у ребят наблюдается выраженный остеохондроз позвоночника, тогда как у командного состава старшего возраста (не употреблявшего в детстве фосфаты в таких количествах, как современные дети) признаки были значительно менее выражены. Аналогично, компьютерная томография детей и подростков, получивших травмы позвоночника, показывает умеренные признаки остеохондроза грудного отдела позвоночника. Физиологические исследования предполагают наличие связи между употреблением  в пищу неорганических фосфатов, особенно в детском возрасте, и развитием остеохондроза. Исследования по данной тематике все ещё ведутся, но уже можно сказать, что эта связь более чем вероятна.

Влияние пищевых Е ингредиентов на организм

В продуктах питания постоянно используются пищевые добавки. В домашних условиях люди используют уксус, лимонную кислоту, соду и т.д. При промышленном производстве также требуется улучшать свойства конечного продукта. Например, консерванты Е позволяют сохранять еду свежей в несколько раз дольше, чем это возможно в естественных условиях.

Чтобы узнать все о Е добавке, учёные проводят многочисленные тесты. Безопасные вещества допускаются к использованию.

Вредные пищевые добавки могут стать причиной появления опухолей, хронических заболеваний, повреждения внутренних органов. Они запрещаются к применению.

Получение

В основе главных способов получения фосфата кальция лежат реакции ионного обмена:

3Ca(NO3)2 + 2Na2HPO4 = Ca3(PO4)2 +4NaNO3 +2HNO3

На известь воздействуют ортофосфорной кислотой:

3Ca(OH)2 +2H3PO4 = Ca3(PO4)2 + 6H2O.

Польза и вред пищевой добавки Е 331 (натрия цитрат)

Пищевая добавка Е 331 (натрия цитрат) разрешена к применению во всех странах как безопасная для здоровья; в составе продуктов она присутствует в незначительном количестве и неспособна причинить вред.

Цитраты натрия есть в организме человека. Они участвуют в метаболическом процессе, питают клетки энергией. В добром деле им помогает искусственно созданная добавка Е 331. Антиоксидант защищает клеточные мембраны от атаки свободных радикалов.

Натрий лимоннокислый быстро снимет изжогу, избавит от похмельного синдрома.

Самые опасные пищевые добавки

• Е 110 — сильно опасна;
• Е 120 — чрезвычайно опасна;
• Е 122 — канцероген. Запрещен в ряде стран. Негативно влияет на здоровье;
• Е 124 — чрезвычайно опасна;
• Е 129 — чрезвычайно опасна;
• Е 131 — крайне опасна;
• Е 150 — опасна аллергенными свойствами;
• Е 172 — в применении соблюдать осторожность;
• Е 219 — один из самых опасных канцерогенов;
• Е 220 — средняя степень опасности. Токсична;
• Е 244 — вредная для здоровья;
• Е 250 — разрешена в странах ЕС, в РФ и в Украине. Средний уровень опасности. Токсична;
• Е 251 — средняя степень опасности. Употреблять с крайней осторожностью. Превышение дозировки может спровоцировать аллергию, приступы удушья;
• Е 320 — чрезвычайно опасна;
• Е 322 — отрицательно влияет на печень и почки;
• Е 330 — требует осторожности в применении;
• Е 341 — опасна способностью накапливаться. Не рекомендована лицам, страдающим подагрой, заболеваниями желудка и кишечника;
• Е 415 — опасна;
• Е 451 — опасна;
• Е 452 — канцероген. Накапливается, практически не выводится из организма;
• Е 461 — опасна. Запрещена в ряде стран. В РФ и в Украине разрешена;
• Е 470 — относится к добавкам средней категории опасности;
• Е 476 — добавка отрицательно влияет на печень;
• Е 536 — повреждает желудочно-кишечный тракт;
• Е 553 — опасна: канцероген;
• Е 952 — применять с осторожностью людям с заболеваниями почек;
• Е 954 — небезопасна.

Как придать ГАПу новые свойства?

Не все свойства, необходимые для протезирования, заложены в гидроксилапатит природой. Однако какие-то терапевтические эффекты к материалам можно добавить, усложняя состав композита дополнительными веществами. Однако это не очень удобно, так как усложнит клинические испытания, да и разрабатывать такой материал значительно труднее. Но можно добиться прогресса и получить уникальные свойства, незначительно модифицируя состав и вводя в решетку гидроксилапатита примеси других катионов и анионов. Изменяя состав керамики, можно варьировать ее прочность, размер и форму кристаллитов, скорость растворения и множество других параметров.

Модифицировать кальций-фосфатную керамику можно введением множества компонентов. Возможности для выбора такого модификатора (легирующего компонента) довольно широки: в зависимости от размеров замещаемого иона можно менять состав как на доли, так и на десятки процентов. Например, малые концентрации ионов кремния активируют регенерацию костной ткани, играя роль антигена для соответствующих клеток.

Интересны, например, биологические свойства катионов лантаноидов [7]. Применение ионов лантаноидов в пероральных препаратах ограничено их низкой способностью проходить сквозь стенки желудка и кишечника. Для улучшения доступности катионов лантаноидов можно использовать липофильные оболочки комплексов. Вещества, способные проникать сквозь клеточные мембраны, называются ионофорами. (Подробнее о них можно прочитать в статье «Неизвестные пептиды: „теневая“ система биорегуляции» [8].) Такая оболочка позволит им проникать сквозь мембрану клетки. Этот метод доставки ионов в остеобласты может стать принципиально новым подходом к лечению целого ряда заболеваний кости.

Благодаря высокому сродству к фосфатам лантаноиды прочно связываются в структуре минералов, составляющих основу костной ткани, не нарушая при этом их структуру. Лантаноиды способны даже замещать кальций в костях, параллельно подавляя развитие клеток, отвечающих за разрыв и резорбцию костной ткани. Эта способность «подражать» функциям ионов кальция позволяет рассматривать лантаноиды в качестве компонента для терапии заболеваний кости.

Частичный обмен катионов кальция на катионы лантаноидов открывает широкие перспективы для целого ряда различных материалов на основе фосфатов кальция. С помощью лантаноидов можно влиять на физические свойства получаемой керамики, регулировать скорость резорбции и даже использовать этот материал как препарат для лечения остеопороза.

На практике ГАП используют в виде цемента или пористых вкладок для заполнения трещин, каверн и других дефектов в ортопедии и челюстно-лицевой хирургии. В виде пленки его наносят на протезы из других материалов (чаще всего металлических или полимерных) для снижения риска отторжения и лучшей фиксации за счет образования новых тканей вокруг протеза. Как правило, это протезы тазобедренного сустава и различные зубные протезы.

Разумеется, искусственно синтезированный гидроксилапатит далек от идеала, и в качестве материала для имплантации при создании полноценных протезов крупных костей или суставов его пока использовать нельзя. Но использование его замечательных свойств, таких как сравнительно простое регулирование состава и морфологии кристаллитов, биоактивность и способность ускорять естественную регенерацию, позволяет делать на его основе препараты для исправления и профилактики костных дефектов уже сейчас. А это значит, что в обозримом будущем мы сможем значительно упростить лечение остеопороза, ускорить излечение переломов, а, возможно, даже и возвращать утраченные конечности с помощью искусственных костей.

1. Larry L. Hench. (2005). Bioceramics. Journal of the American Ceramic Society. 81, 1705-1728;
2. Вересов А.Г., Путляев В.И., Третьяков Ю.Д. (2000). Достижения в области керамических материалов. «Рос. Хим. Журн.» 6, 32–46;
3. Larry L. Hench. (2006). The story of Bioglass®. J Mater Sci: Mater Med. 17, 967-978;
4. Дорожкин С.В. и Агатопоулус С. (2002). Биоматериалы: Обзор рынка. «Химия и жизнь». 2, 8;
5. E. D. Eanes, A. W. Hailer. (1998). The Effect of Fluoride on the Size and Morphology of Apatite Crystals Grown from Physiologic Solutions. Calcif Tissue Int. 63, 250-257;
6. Qinghong Hu, Zhou Tan, Yukan Liu, Jinhui Tao, Yurong Cai, et. al.. (2007). Effect of crystallinity of calcium phosphate nanoparticles on adhesion, proliferation, and differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells. J. Mater. Chem.. 17, 4690;
7. Cheri A. Barta, Kristina Sachs-Barrable, Jessica Jia, Katherine H. Thompson, Kishor M. Wasan, Chris Orvig. (2007). Lanthanide containing compounds for therapeutic care in bone resorption disorders. Dalton Trans.. 5019;
8. Неизвестные пептиды: «теневая» система биорегуляции;
9. G. Renaudin, P. Laquerrière, Y. Filinchuk, E. Jallot, J. M. Nedelec. (2008). Structural characterization of sol–gel derived Sr-substituted calcium phosphates with anti-osteoporotic and anti-inflammatory properties. J. Mater. Chem.. 18, 3593.

Источники